(57)【要約】      （修正有）【課題】異なる方式の電動機要素を２つ以上組み合わせた多軸複合電動機を提供する。【解決手段】電動機装置は、電動機要素１、２、永久磁石同期電動機（PMSM）及び誘導電動機（IM）を備え、それぞれの主軸１１、１２は、平行を保持して配置されかつ平行に配置された２つの作用軸１２、２２に結合されて、相互に一定比率の回転数で回転する。永久磁石同期電動機は負荷駆動のために上記駆動されるが、誘導電動機は負荷が比較的大きい場合にのみ駆動される。永久磁石同期電動機と誘導電動機との組み合わせ以外に、リラクタンス型同期電動機と誘導電動機との組み合わせ、永久磁石同期電動機とリラクタンス型同期電動機との組み合わせ、永久磁石同期電動機とリラクタンス型同期電動機と誘導電動機との組み合わせであってもよい。【選択図】図１（Ａ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが三相固定子巻線と、回転子と、該回転子に直結した主軸とを備えた複数の電動機要素からなる電動機装置であって、
複数の電動機要素は、方式が相違する２種類以上の電動機要素であり、
複数の電動機要素のそれぞれの主軸は、平行を保持して配置され、かつ、機械的又は磁気的に相互接続されて相互に一定比率の回転数で回転し、かつ、該主軸の少なくとも２つの主軸は、平行に配置された少なくとも２つの作用軸に結合されている
ことを特徴とする多軸複合電動機装置。
【請求項２】
請求項１記載の多軸複合電動機装置において、複数の電動機要素は、
永久磁石同期電動機と誘導電動機との組み合わせ、
リラクタンス型同期電動機と誘導電動機との組み合わせ、
永久磁石同期電動機とリラクタンス型同期電動機との組み合わせ、
永久磁石同期電動機とリラクタンス型同期電動機と誘導電動機との組み合わせ
のいずれかの組み合わせであることを特徴とする多軸複合電動機装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された多軸複合電動機装置であって、方式が相違する２種類の第１及び第２の電動機要素を備えている多軸複合電動機装置を駆動するためのインバータ装置であって、
第１及び第２の電動機要素にそれぞれ電力を供給するための第１及び第２の三相フルブリッジ回路と、
第１及び第２の三相フルブリッジ回路をそれぞれ駆動する第１及び第２のドライバ回路と、
第１及び第２のドライバ回路それぞれに第１及び第２のゲート信号を供給するための制御回路であって、第１の電動機要素に三相フルブリッジ回路から供給される三相電流の値に基づいて、第１のゲート信号を第１のドライバ回路に供給するか、又は第１及び第２のゲート信号をそれぞれ第１及び第２のドライバ回路に供給するかを制御する制御回路と
を備えていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項４】
請求項３記載のインバータ装置において、
第１の電動機要素は永久磁石同期電動機であり、第２の電動機要素は誘導電動機であり、
制御回路は、
第１及び第２のゲート信号をそれぞれ生成する第１及び第２のPWMパルス生成手段と、
第１の電動機要素に三相フルブリッジ回路から供給される三相電流の値に基づいて、第１の電動機要素の電流指令値を演算する手段と、
該電流指令値と所定のスレショルド値とを対比する手段であって、電流指令値が第１のスレショルド値以上に上昇した場合に、第２のPWMパルス生成手段から第２のゲート信号を発生させ、電流指令値が第１のスレショルド値よりも低い第２のスレショルド値以下に下降した場合に、第２のPWMパルス生成手段から第２のゲート信号を発生させないようにする比較手段と
を備えていることを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期して回転又は等比速度で回転する複数の作用軸を備えた多軸複合電動機、及び該多軸複合電動機を駆動するためのインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置においては、チャンバ内に真空環境を作り出すために真空ポンプが使用されている。このような真空ポンプとして、ルーツ型ドライ真空ポンプ、スクリュー型ドライ真空ポンプ等の容積移送型真空ポンプが知られている。これらの真空ポンプにおいては、２本のポンプロータを相互に逆方向に同期回転駆動することにより、真空排気を行うが、同期回転駆動の際、ポンプロータ同士が微小な空隙（クリアランス）を常時保って回転することにより、高い排気性能とポンプ室内の潤滑オイルフリー環境を提供することが可能となっている。
【０００３】
上記した真空ポンプのポンプロータのような同期回転する２つの負荷の動力源として、１つの誘導電動機（IM）とタイミングギアによる駆動方式が採用されていたが、IMに代えて永久磁石同期電動機（PMSM）を用いた多軸電動機が特開平４−１７８１４３号（特許文献１）に記載されている。該多軸電動機は、２組の永久磁石電動機（PMSM）要素と、各PMSM要素の主軸に直結した２本の作用軸とにより構成されている。この多軸電動機は、２つのPMSM要素をそれらの作用軸が平行となるように並列に配置しており、これにより、ロータ同士のクリアランスを担保するための結合器具を不要とし、小型でトルク損失が少なく、同期性に優れた駆動を可能としている。また、２つのPMSMを用いたことにより、IMを用いた場合に対比して、電動機効率を向上させることができるので、PMSMを用いた多軸電動機を真空ポンプの駆動に適用することにより、真空ポンプの効率化を促進することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１７８１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された発明を採用した真空ポンプにおいては、永久磁石が周設された２本の表面磁石型ロータがマグネットカップリングを構成しており、タイミングギアが不要とされている。しかしながら、製造が容易でより高トルクが得られる埋込磁石型ロータを利用すると、ロータ同士がマグネットカップリングの機能を十分に果たせない可能性があり、常に僅かなクリアランスを保つように各電動機を高精度に制御するためには、磁極センサなどの速度検出系または位置検出系か、又は、電動機を精密にセンサレス駆動制御可能な高性能インバータなどの高精度電動機制御装置が必要である。そして、このような高精度制御用の装置を導入したとしても、PMSMは異常な運転モードの一つである脱調の可能性があることから、ポンプロータ同士の接触防止のためには結合器具を別途利用することが好ましい。その結果、多軸電動機を採用した真空ポンプにおいても、現状では、図７に示されるように、複数の電動機を同期駆動するためにタイミングギアなどが用いられている場合が多い。
【０００６】
このようにタイミングギアを用いて同期駆動される多軸電動機において、第１のPMSM要素を励磁駆動し、第２のPMSM要素をフリーラン状態として運転すると、第２のPMSM要素の
回転子の永久磁石と固定子の鉄心との作用によって、トルク脈動が生じる。これは、真空ポンプの振動や騒音を増大させる原因となる。
更に、場合によっては第２のPMSM要素は発電機として作用して、第１のPMSM要素から見て負荷となってしまう可能性がある。特に回転が高速回転になると、発電される電圧も高くなり、場合によっては電動機駆動装置の定格電圧を超える発電がなされ、駆動装置の故障や保護機能が作動することによる緊急停止を招きかねない。
したがって、複数のPMSM要素を用いた多軸電動機においては、常に全PMSM要素を励磁駆動することが望ましく、これにより、PMSM要素の数だけ鉄損が増加するという問題もある。特に、真空ポンプにとって負荷が小さくなる到達運転領域では、電動機入力電力に対する鉄損の割合が大きくなり、真空ポンプの更なる高効率化の妨げとなる。
【０００７】
上記した問題点に鑑み、本発明の第１の目的は、複数のPMSM要素を用いた従来例の多軸電動機の問題点を解決するために、異なる方式（種類）の電動機要素を２つ以上組み合わせた多軸複合電動機を提供することである。
また、本発明の第２の目的は、上記した第１の目的を達成する多軸複合電動機において、運転中の運転状態の変化に応じて駆動する電動機を適宜切り替え、運転性能を改善することができるインバータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した第１の目的を達成するために、本発明は、それぞれが三相固定子巻線と、回転子と、該回転子に直結した主軸とを備えた複数の電動機要素からなる電動機装置であって、
複数の電動機要素は、方式が相違する２種類以上の電動機要素であり、
複数の電動機要素のそれぞれの主軸は、平行を保持して配置され、かつ、機械的又は磁気的に相互接続されて相互に一定比率の回転数で回転し、かつ、該主軸の少なくとも２つの主軸は、平行に配置された少なくとも２つの作用軸に結合されている
ことを特徴とする多軸複合電動機装置を提供する。
【０００９】
上記した本発明に係る多軸複合電動機装置において、複数の電動機要素は、永久磁石同期電動機と誘導電動機との組み合わせ、リラクタンス型同期電動機と誘導電動機との組み合わせ、永久磁石同期電動機とリラクタンス型同期電動機との組み合わせ、永久磁石同期電動機とリラクタンス型同期電動機と誘導電動機との組み合わせのいずれかの組み合わせである。
【００１０】
上記した第２の目的を達成するために、本発明は、上記した第１の目的を達成する多軸複合電動機装置を駆動するためのインバータ装置であって、
第１及び第２の電動機要素にそれぞれ電力を供給するための第１及び第２の三相フルブリッジ回路と、
第１及び第２の三相フルブリッジ回路をそれぞれ駆動する第１及び第２のドライバ回路と、
第１及び第２のドライバ回路それぞれに第１及び第２のゲート信号を供給するための制御回路であって、第１の電動機要素に三相フルブリッジ回路から供給される三相電流の値に基づいて、第１のゲート信号を第１のドライバ回路に供給するか、又は第１及び第２のゲート信号をそれぞれ第１及び第２のドライバ回路に供給するかを制御する制御回路と
を備えていることを特徴とするインバータ装置を提供する。
【００１１】
上記した本発明に係るインバータ装置においては、第１の電動機要素は永久磁石同期電動機であり、第２の電動機要素は誘導電動機である場合、制御回路は、第１及び第２のゲート信号をそれぞれ生成する第１及び第２のPWMパルス生成手段と、第１の電動機要素に三相フルブリッジ回路から供給される三相電流の値に基づいて、第１の電動機要素の電流
指令値を演算する手段と、該電流指令値と所定のスレショルド値とを対比する手段であって、電流指令値が第１のスレショルド値以上に上昇した場合に、第２のPWMパルス生成手段から第２のゲート信号を発生させ、電流指令値が第１のスレショルド値よりも低い第２のスレショルド値以下に下降した場合に、第２のPWMパルス生成手段から第２のゲート信号を発生させないようにする比較手段とを備えていることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１（Ａ）】本発明に係る多軸複合電動機の第１実施形態を説明するための図である。
【図１（Ｂ）】本発明に係る多軸複合電動機の第２実施形態を説明するための図である。
【図１（Ｃ）】本発明に係る多軸複合電動機の第３実施形態を説明するための図である。
【図１（Ｄ）】本発明に係る多軸複合電動機の第４実施形態を説明するための図である。
【図２】本発明に係る多軸複合電動機を駆動するためのインバータ装置の一実施形態の回路構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示したインバータ装置の制御回路のより詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】図２及び３に示したインバータ装置によって２つの電動機要素を駆動する際の制御フロー図である。
【図５】図１（Ａ）に示した多軸複合電動機を利用した真空ポンプの構成を示す説明図である。
【図６】図５に示した真空ポンプの駆動の制御タイミングを、ポンプ負荷及び電動機トルクとともに示すタイミング図である。
【図７】従来の２つの永久磁石電動機（PMSM）を用いた多軸電動機の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１（Ａ）は、本発明による多軸複合電動機の一実施形態である２軸複合電動機を示している。この２軸複合電動機は、２つの異なる形態の電動機要素、すなわち、電動機要素１及び電動機要素２として、永久磁石電動機（PMSM）要素及び誘導電動機（IM）要素を用い、これら２つの電動機要素の主軸１１及び２１が平行に配置され、かつこれらの作用軸１２及び２２がタイミングギア１３及び２３により結合されている。タイミングギアのギア比が１：１であれば、作用軸１２及び２２は常に、互いに反対方向に同一速度で回転する。この場合、軽負荷時においては、電動機要素１のみを駆動して電動機要素２をフリーラン状態として運転することにより、軽負荷駆動時の鉄損を低減することが可能となる。
【００１４】
なお、図１（Ａ）の実施形態において、電動機要素２がPMSM要素以外であれば、IM要素に限定されないことは言うまでもなく、また、電動機要素１及び２の方式が相違していれば任意方式の電動機要素を採用可能であることは言うまでもない。例えば、図１（Ｂ）に示すように、PMSM要素とRM要素（リラクタンス型電動機）との組み合わせも採用可能であり、図１（Ｃ）に示すように、IM要素とRM要素との組み合わせも採用可能である。
【００１５】
また、RM要素はPMSM要素と同様に同期電動機であるが、回転子に永久磁石を利用しないため製造原価が低く抑えられ、かつ、材料の供給面でのリスクが少なくなるという利点がある。また、RM要素は、PMSM要素の性能には劣るものの、二次導体での銅損が無くIM要素よりも高効率な運転が可能である。このため、軽負荷時はRM要素を優先的に駆動することで、多軸複合電動機を高効率で運転することが可能である。RM要素とIM要素との組み合わせの場合、負荷が増し要求トルクが上昇した場合にはIM要素によって出力トルクを増大させることが可能である。このように、PMSM要素の代わりにRM要素を利用しても、多軸複合電動機の利点を活かすことができる。
【００１６】
上記においては、本発明を２軸複合電動機の実施形態に関して説明したが、本発明は、２軸のみならず、３軸以上の多軸複合電動機として構成することができる。図１（Ｄ）は、本発明の多軸複合電動機の第４の実施形態を示している。第４の実施形態においては、小型で出力の小さな２つのPMSM要素（電動機要素１及び２）を用いた多軸電動機の構造内に、小型小出力の１つのRM要素（電動機要素３）を併せて配置し、PMSM要素とRM要素とのタイミングギアのギア比を１：１未満として結合している。この実施形態においては、定常運転時は従来よりも小さな構造の２つのPMSM要素で負荷を駆動し、加減速時や過渡的に負荷が増大した時など一時的にトルクが必要となった場合に、トルクブースタとしてRM要素を駆動する運転ができる。なお、必要に応じて、RM要素すなわち電動機要素３の作用軸を外部負荷の駆動に利用してもよい。また、２つのPMSM要素の少なくとも一方をIM要素に変更しても良い。その他、種々の形態の電動機の組み合わせを用いて多軸複合電動機を構成可能である。
【００１７】
さらに、本発明の多軸複合電動機として、２軸又は３軸のみならず、４軸以上を有するように構成することもできることは言うまでもなく、その場合、複数の電動機要素として、少なくとも２つの異なる方式の電動機要素を用いて多軸複合電動機を構成すればよい。
【００１８】
次に、図２を参照して、図１に示したPMSM要素及びIM要素を用いた２軸複合電動機を駆動するためのインバータ装置の構成を説明する。以下においては、電動機要素１を「PMSM要素１」、電動機要素２を「IM要素２」として表すことにする。図２に示すように、インバータ装置は、制御装置１００、第１及び第２のゲートドライバ回路２０１、２０２、第１及び第２の三相フルブリッジ回路３０１、３０２、第１及び第２の電流検出器４０１、４０２により構成されている。
【００１９】
第１及び第２のゲートドライバ回路２０１、２０２は、制御回路１００から出力されるゲート信号１、２を第１及び第２の三相フルブリッジ回路３０１、３０２に具備されたIGBT等のスイッチング素子のゲートを駆動可能なゲートドライバ信号に増幅して、該フルブリッジ回路３０１、３０２に供給する。制御回路１００からのゲート信号１、２は、三相フルブリッジ回路３０１、３０２のスイッチング素子の導通状態を表す信号であり、該スイッチング素子は、供給されたゲート信号に基づいて、導通／非導通が切り替えられる。これによって、所定値の電流がPMSM要素１及びIM要素２に供給される。
【００２０】
制御回路１００は、図３に示すように、回転角速度を対比する第１及び第２の比較手段１１１、１２１と、PMSM要素を制御するPMSM制御ブロック１１２と、第１のPWMパルス生成ブロック１１３と、IM要素を制御するIM制御ブロック１２２と、第２のPWMパルス生成ブロック１２３と、PMSM電流値比較ブロック１３０を備えている。なお、電流値を監視することにより実質的にトルク値を監視することができるため、本実施例においては、PMSM電流値比較ブロック１３０により、PMSM要素１に流れる電流値を所定の値と対比することによりPMSM要素１のトルク値を監視しているが、電流値比較の代わりにトルク値比較を行う手段を採用しても良い。
【００２１】
そして、制御回路１００には、電動機要素の目標回転角速度ω*、PMSM要素１の電流値のスレショルド値ith-ON及びith-OFFが予め設定され記憶されており、また、PMSM要素１の実際の回転角速度ωを、センサ（不図示）から受け取り、該要素１に供給される三相電流の電流値iａ１、iｂ１、iｃ１及びIM要素２に供給される三相電流の電流値iａ２、iｂ２、iｃ２を第１及び第２の電流検出器４０１、４０２から受け取る。実際の回転角速度ωは、センサを用いることなく、センサレスアルゴリズムを利用して推定してもよい。PMSM制御ブロック１１２及びIM制御ブロック１２２は、これらの予め設定された情報及び受け取った情報に基づいて、PMSM要素１及びIM要素２に供給すべき電流をどの程度増大・減少させるべきかを決定する。また、PMSM制御ブロック１１２は、PMSM要素１に流れる電流
値を表す信号i*PMSMをPMSM電流値比較ブロック１３０に供給する。
【００２２】
第１及び第２のPWMパルス生成ブロック１１３、１２３は、PMSM制御ブロック１１２及びIM制御ブロック１２２からの電圧指令信号１及び２に基づいて、第１及び第２の三相フルゲートブリッジ回路３０１、３０２のスイッチング素子の導通状態を示すゲート信号GSPMSM、GSIM（すなわち、図１のゲート信号１、２）を出力する。
第１のゲート信号GSPMSMは、２軸複合電動機の駆動状態においては常時出力されるが、第２のゲート信号GSIMは、２軸複合電動機の負荷状況に応じて出力され、その出力切替えは、PMSM制御ブロック１１２から出力されるPMSM要素１の電流指令値i*PMSMと、IM要素を駆動するかどうかの閾値となる電流スレショルド値ith-ON及びith-OFFとを比較することによって行う。
【００２３】
すなわち、２軸複合電動機の負荷状況が軽負荷である場合（すなわち、i*PMSM＜ith-OFFである場合）には、PMSM電流値比較ブロック１３０から第２のPWMパルス生成ブロック１２３にスイッチング停止信号GSstopを入力してゲート信号GSIMの出力を停止し、これにより、IM要素２の制御を停止してフリーラン状態とする。なお、図示していないが、i*PMSM＜ith-OFFである場合に、ゲート信号GSIMの出力だけでなくIM制御ブロック１２２、第２のPWMパルス生成ブロック１２３、第２のゲートドライバ回路２０２などに供給する電力を停止するように回路を構成すれば、２軸複合電動機が軽負荷時に消費する電力を更に抑制することも可能となる。
【００２４】
図３に示すように、第２のゲートパルス生成手段１２３に印加されるスイッチング停止信号GSstopの生成のために、PMSM電流値比較ブロック１３０においては、スレショルド値にヒステリシスを持たせている。すなわち、i*PMSMがith-ONを上回るとGSIMの出力を開始し、i*PMSMがith-OFFを下回るとGSIMの出力を停止する。このようなヒステリシス特性によって、IM制御信号の出力ハンチングを防止することができる。なお、前述のようにIM制御ブロック１２２への電力供給を停止する制御を行う場合、GSIM出力開始の直前に電源供給を再開するスレショルド値を、ith-ONの僅かに下方に設定しておけば、IM要素２は遅れなく起動可能である。また、ith-ON、ith-OFFの設定値、及び多軸複合電動機の出力特性は、固定である必要はない。即ち、回転数によってスレショルド値や最大トルクが連続的及び／又は離散的に変更されるようにしても良い。
【００２５】
図４は、図２及び図３に示したインバータ装置によって駆動制御される図１（Ａ）に示した２軸複合電動機の制御シーケンスの一例を示している。ステップST１において、２軸複合電動機の運転信号が制御回路１００に入力されると、ステップST2において、まずPMSM要素１のみ運転を開始する。この運転モードを、以下「単独運転モード」と称する。単独運転モードは、制御回路１００からのゲート信号GSPMSMにより、第１のゲートドライバ回路２０１、第１の三相フルブリッジ回路３０１を介してPMSM要素１を駆動することにより実行される。
【００２６】
次いで、ステップST3において、単独運転モードで要求される出力トルクを、PMSM電流値比較ブロック１３０においてPMSM要素１に流れる電流値をスレショルド値と比較することにより判断し、i*PMSM＜ith-ON（一定電流値以下）あれば、ステップST4においてPMSM要素１の駆動を所定時間継続し、かつ、２軸複合電動機の駆動を停止する停止信号が入力されたかどうかをステップST５において判定する。ステップST4において駆動が継続される時間は、判断に必要な情報が一通り更新されるサンプリング時間〜数十msec程度である。そして、i*PMSM≧ith-ONとなるか又は制御回路１００に停止信号が入力されるまで、ステップST3〜ST5を繰り返す。停止信号が入力されると、ステップST12においてPMSM要素１の駆動を停止する。
【００２７】
一方、ステップST3において、i*PMSM≧ith-ONであるとPMSM電流値比較ブロック１３０において比較判定すると、ステップST6においてPMSM要素１の駆動制御を継続しながらIM要素２の運転が開始される。この運転モードを以下「複合運転モード」と称する。複合運転モードでは、制御回路１００からの第１及び第２のゲート信号GSPMSM、GSIMに基づき、第１及び第２のゲートドライバ回路２０１、２０１、第１及び第２の三相フルブリッジ回路３０１、３０２を介して実行され、i*PMSM＜ith-OFFとなるか、または２軸複合電動機の停止信号が制御回路１００に入力されるまで継続される。なお、IM制御ブロック１２２においては、実回転角速度ωと回転角速度指令値ω*との偏差、及び第２の電流検出器４０２によって検出された各相電流値iａ２、iｂ２、iｃ２だけでなく、例えば、i*PMSMとith-OFFとの偏差などの情報を利用して、IM要素２の制御信号を生成しても良い。
【００２８】
すなわち、複合運転モードでは、ステップST7において、IM要素２の駆動が一定時間継続し、そして、ステップST8において２軸複合電動機の停止信号が入力されたかどうかをステップST8において判定し、停止信号が入力されていない場合に、ステップST9において、i*PMSM＜ith-OFFであるかどうかを判定する。そして、i*PMSM＜ith-OFFとなるか又は停止信号が入力されるまで、ステップST７〜ST9を反復実行する。
【００２９】
ステップST9においてi*PMSM＜ith-OFFであると判定した場合、ステップST10において、PMSM電流値比較ブロック１３０からスイッチング停止信号GSstopを第２のPWMパルス生成ブロック１２３に出力することによりゲート信号GSIMの出力を停止し、IM要素をフリーラン状態としてPMSM要素１の単独運転モードに戻る。その後、再びi*PMSM≧ith-ONとなるか、２軸複合電動機の停止信号が入力されるまで、単独運転モードが継続される。
２軸複合電動機の停止信号が入力されると、それをステップST5、ST8において判定し、単独運転モード中であれば駆動制御中のPMSM要素１を、複合運転モード中であれば駆動制御中のPMSM要素１及びIM要素２の駆動を停止させ、２軸複合電動機の運転が終了する。
【００３０】
図５は、本発明に係る２軸複合電動機を容積式の真空ポンプの駆動に適用した場合の一実施形態を示している。図６において、５００は２軸複合電動機付きの真空ポンプ、１０００は図２に示したインバータ装置を示している。真空ポンプ５００は、図１（Ａ）に示したPMSM要素１とIM要素２とからなる２軸複合電動機を備え、また、ケーシング５０１内に、主軸５１４、５２４を備えた一対のポンプロータ５１２、５２２を備えている。これらポンプロータの主軸５１４、５２４はそれぞれ、一対の軸受５１３、５２３によって支持され、PMSM要素１及びIM要素２によって回転駆動するように、これらPMSM要素１及びIM要素２の主軸１１、２１に結合されている。したがって、真空ポンプ５００の主軸５１４、５２４は、図１（Ａ）に示した２軸複合電動機の作用軸１２、２２に対応している。また、真空ポンプ５００の主軸５１４、５２４の端部には、タイミングギア５１１、５２１が設けられており、これらタイミングギアは、電動機側とは反対の主軸端部に設けられているが、作用的には図１Ａのタイミングギア１３、２３にそれぞれ対応している。ポンプロータ５１２、５２２は、該タイミングギアによって相互に反対方向に同期回転される。
【００３１】
図５に示した真空ポンプ５００においては、一対のポンプロータ５１２、５２２の間及びケーシング５０１の内面との間には微小な間隙が形成されており、ポンプロータ５１２、５２２は僅かなクリアランスを保って非接触で回転するよう構成されている。また、一対のポンプロータ５１２、５２２を同期回転することにより、吸気口（不図示）から吸入されたガスがポンプロータ５１２、５２２によって排気口（不図示）に移送されて排気される。
【００３２】
図６は、図５に示した真空ポンプ５００の運転のタイムチャートを示しており、該タイムチャートを参照して真空ポンプ５００の運転制御動作を説明する。なお、このタイムチャートは、図４に示した電動機の運転シーケンスに基づいたものである。
時点ｔ０において運転指令信号が制御回路１００に入力されると、PMSM要素１に供給される電流がith-ONを上回るだけの大きな起動トルクが要求されていない場合、PMSM要素１のみが起動される。所定の起動時間後である時点ｔ１においてガス排気運転が開始されてポンプ負荷が投入されると、それに連れて要求される電動機トルクが上昇し、PMSM要素１に流れる電流がith_ONを越えるため、PMSM要素１及びIM要素２の両方が駆動される。IM要素２の駆動によって、多軸複合電動機の出力トルクはPMSM要素１とIM要素２が分散して担うこととなり、したがってPMSM要素１に要求されるトルクが減少するため、PMSM要素１の電流指令値も減少する。
【００３３】
その後、ガス排気が進み吸気圧力が低下すると、ポンプ内で気体を圧縮する仕事量が減少することにより、ポンプ負荷が低下し、それに応じて要求される電動機トルクも減少する。そして、時点ｔ２でPMSM要素１の電流がith_OFF以下になると、IM要素２の運転が停止されてPMSM要素１のみが運転される。IM要素２の停止により、PMSM要素１が単独で、該多軸複合電動機の全トルクを担うことになるため、PMSM要素１の電流指令値は上昇する。その状態で真空ポンプの駆動が継続し、時点ｔ３において、ガス排気が完了すると、真空ポンプは待機運転状態となる。待機運転状態では、ポンプ負荷がほぼゼロとなり、それによりith_OFF以下の状態を保つため、PMSM要素１のみの駆動が継続される。その後、時点ｔ４でガス排気運転が再度開始されポンプ負荷が上昇してPMSM要素１の電流値がith_ONを越えると、PMSM要素１及びIM要素２の両方が駆動され、再度ポンプ負荷が低下して時点ｔ５でPMSM要素１の電流値が一旦ith_OFF以下になると、再びith_ONを超えるまでPMSM要素１のみが駆動される。そして、このような運転を繰り返す。
【００３４】
本発明は、上記したように構成されているので、複数の電動機要素の内、軽負荷時にはPMSM要素以外の電動機要素を、トルク脈動を生じることなくフリーラン状態とすることが可能であるため、軽負荷時の鉄損を低減することができ、さらなる高効率化を図ることができる。そして、負荷が重くなった場合、他の電動機要素も駆動して多軸電動機のトータルの軸出力を増大させることができ、これにより、複数の電動機要素がすべてPMSM要素である従来例の多軸電動機と同程度の負荷領域での運転が可能となる。
【００３５】
また、本発明のインバータ装置においては、始動期間にIM要素等の第２の電動機要素を駆動するか又は運転停止するかどうかの判定は、PMSM要素等の第１の電動機要素に供給されている電流値の情報のみであるため、運転状態の切り替えのための構成がきわめて簡易であり、よって、制御回路の部品点数の削減に寄与することができる。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図１（Ａ）】
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【図１（Ｂ）】
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【図１（Ｃ）】
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【図１（Ｄ）】
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【図５】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年4月12日(2012.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
第１及び第２のPWMパルス生成ブロック１１３、１２３は、PMSM制御ブロック１１２及
びIM制御ブロック１２２からの電圧指令信号１及び２に基づいて、第１及び第２の三相フルブリッジ回路３０１、３０２のスイッチング素子の導通状態を示すゲート信号GSPMSM、GSIM（すなわち、図１のゲート信号１、２）を出力する。
第１のゲート信号GSPMSMは、２軸複合電動機の駆動状態においては常時出力されるが、第２のゲート信号GSIMは、２軸複合電動機の負荷状況に応じて出力され、その出力切替えは、PMSM制御ブロック１１２から出力されるPMSM要素１の電流指令値i*PMSMと、IM要素を駆動するかどうかの閾値となる電流スレショルド値ith-ON及びith-OFFとを比較すること
によって行う。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
次いで、ステップST3において、単独運転モードで要求される出力トルクを、PMSM電流
値比較ブロック１３０においてPMSM要素１に流れる電流値をスレショルド値と比較することにより判断し、i*PMSM＜ith-ON（一定電流値以下）であれば、ステップST4においてPMSM要素１の駆動を所定時間継続し、かつ、２軸複合電動機の駆動を停止する停止信号が入
力されたかどうかをステップST５において判定する。ステップST4において駆動が継続さ
れる時間は、判断に必要な情報が一通り更新されるサンプリング時間〜数十msec程度である。そして、i*PMSM≧ith-ONとなるか又は制御回路１００に停止信号が入力されるまで、ステップST3〜ST5を繰り返す。停止信号が入力されると、ステップST12においてPMSM要素１の駆動を停止する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
その後、ガス排気が進み吸気圧力が低下すると、ポンプ内で気体を圧縮する仕事量が減少することにより、ポンプ負荷が低下し、それに応じて要求される電動機トルクも減少する。そして、時点ｔ２でPMSM要素１の電流がith_OFF以下になると、IM要素２の運転が停
止されてPMSM要素１のみが運転される。IM要素２の停止により、PMSM要素１が単独で、該多軸複合電動機の全トルクを担うことになるため、PMSM要素１の電流指令値は上昇する。その状態で真空ポンプの駆動が継続し、時点ｔ３において、ガス排気が完了すると、真空ポンプは待機運転状態となる。待機運転状態では、ポンプ負荷がほぼゼロとなり、それによりith_ON以下の状態を保つため、PMSM要素１のみの駆動が継続される。その後、時点ｔ４でガス排気運転が再度開始されポンプ負荷が上昇してPMSM要素１の電流値がith_ONを越えると、PMSM要素１及びIM要素２の両方が駆動され、再度ポンプ負荷が低下して時点ｔ５でPMSM要素１の電流値が一旦ith_OFF以下になると、再びith_ONを超えるまでPMSM要素１
のみが駆動される。そして、このような運転を繰り返す。